【汽车与环境】大连工业大学教授王德权：基于数字孪生的智能制造解决方案

2018年12月7日-8日，以“创新驱动、技术引领”为主题的2018第六届“汽车与环境”创新论坛在上海·安亭正式举办。本次论坛完整覆盖汽车行业技术领域的研讨，旨在进一步促进整车企业与零部件企业之间对技术发展趋势的探讨、加强汽车行业专家之间的交流互动、增强整车与零部件企业的交流、搭建合作平台，通过活动促进汽车零部件产业创新转型升级、打造更具竞争力的整零协同创新关系，助力实现向汽车强国的转变。以下是大连工业大学教授王德权的发言：

大连工业大学教授 王德权

大家上午好，今天就数字孪生技术和大家进行分享。主要从以下4个方面讲解：一、基于数字孪生的智能制造总体解决方案；二、基于数字孪生的产品设计；三、生产过程智能化；四、智能制造的案例。

所谓数字孪生技术也就是一个数字双胞胎，数字双胞胎原理是虚拟的三维模型，也就是三维设计，根据三维设计来做实体。数字双胞胎基于WEB方式，通过手机端、移动端实现；同时，设备运行的时候，手机端和移动端也都可以和生产线同步。

好处是它不依赖于某个产品，它只依赖于浏览器，你的设备只要有浏览器，你的三维模型就可以呈现，并且信号是双向的。通过手机，移动端的三维模型可以发信号控制你的设备，反过来设备运动通过中间的控件可以作用到你的三维模型上，这是一个基本的原理，也就是数字孪生的基本原理。

数字孪生在智能制造里一个是设计智能化，制造过程智能化和远程运维智能化。我们做的三维设计软件都是通用的，做完以后我们可以做仿真，仿真它不是真，它是虚拟的，它是录像或者影像。下面我们根据仿真或者动作我们做数字孪生模型，这个模型我们要把它从三维系统脱离出来，变成英特尔能接收PLC信号的模型，这个模型将来要跑在英特网上，就是脱离了环境进行工作，这是我们数字商业的孪生模型。

下面介绍生产制造过程智能化，也就是订单执行过程、以及数据采集等。所有的可视化都通过三维模型进行展开，这样可视化的操作指南可以通过数字孪生模型来进行互动实现，最后是远程运维。手机进行三维模型的展示以后，可以控制三维模型，让三维模型来控制设备，设备的结果反作用三维模型实现了远程运维，一会我们会做现场互动。这样的好处是设计高效、准确、效率高、保证质量。

下面是基于数字孪生的产品设计，这是一条发动机生产线，这是生产实际现场，这边是虚拟模型，这个虚拟模型跑在英特网上，不是跑在客户端上，可以跑在平板电脑上，跑在浏览器上都可以，这个三维模型映射到你的现场进行实时互动。

它的原理是，我们这边是一个数据库系统，把模型存在数据库里，三维模型做完以后是跑在数据库里的数据，这叫数字孪生模型，来源于三维模型的后处理，处理以后的模型就可以接收路由器，路由器的信号来自于PLC，PLC通过数字路由器作用于我的三维模型，最后呈现在移动设备上，反过来移动设备通过路由器驱动数字孪生模型，反馈给PLC信号，PLC驱动设备，装配线、加工线等等，这个设备的信号反过来驱动模型，这为远程运维提供了技术保障。

我给大家展示一个发动机装配线的案例，它需要加载半分钟，都是通过英特网来实现的。我们考虑到这么大的数据英特网能实现吗？浏览器可以实现吗？我们现在在模拟接收PLC信号，这是完全按照PLC信号去走的。

这边是实时反映的现场数据，这个模型是可以跑在手机上的，信号来源于PLC，随着PLC运动传递的数据，它的三维模型数据打包成了数据模型，已经传到了客户端，完全用这个客户端的GPU进行运算，这个环境不需要支撑软件，我们提出的数字孪生系统是不需要第三方软件介入，标准的IE浏览器就可以，这是我们数字孪生模型的特点。

比如我现在要同步接收很多的信号，各个设备信号模具都产生了，数字化工厂可以跑在英特网上，未来5G的发展会保证传送速度不成问题。计算机现在已经不用CPU了，这个模型是跑在GPU上，是一万个CPU、十万个CPU并行运作使这个模型跑起来，这就是它的技术特点。

这是我们数字化工厂整条生产线，理论上一扫描英特网就可以传过来了，你把照片照下去以后，你放在电脑上拿图片一扫就出来了。特别是左上角的二维码，这是整个数字孪生系统从数字孪生产品设计、各个工位的数字孪生，一直到生产线的数字孪生都在这里边，通过这个网站都可以实现，在家就可以看到。

生产过程智能化，这是标准的系统，从订单数据采集到设备管理，一直到远程运维，也就是ERP、SRM等一套的集成系统。

我们整个系统的布局，从数字孪生开始做起，一直到产品设备、产品运维都是按照这个信息通讯方式实现，通过我们的通讯服务器送到云端以后，通过几台服务器进行处理，最后通过英特网往外推送数据。我们的英特网是实时的英特网，和现场是完全同步的。

我们的操作指导完全是三维的操作指导，三维MES系统和基于数字卵生的可视化平台。特点是我们的操作指南完全是英特网的方式，并且完全是数字孪生模型。我们的原理是把我们的三维模型打造成数字孪生模型，这个模型不需要系统，就跑在英特网上，可以接收PLC信号，并且和PLC互动，可以控制PLC信号，并且发出PLC信号，这在生产过程中相当于在接收PLC信号的过程。这里写的是VR可视化平台，我们所有的数字孪生模型可以以VR状态跑，我们的VR方式也是英特网的VR，通过英特网的方式就可以实现VR，也不需要装客户端软件。这是我们基于数字卵生的解决方案其中的可视化，这是生产过程可视化，给大家展示另一个数字孪生的应用，基于数字孪生的产品展示过程。

比如说车的维修、保养、发动机怎么维护，我们做成说明书，这是完全三维的，可以接收PLC，我按照我的流程，意志、意念和说明书的要求进行逻辑处理，也是先设计三维模型做成数字孪生模型，把逻辑、工艺送进去就形成了自动的操作指导，它可以放录像，可以实时地语音播放，输进去汉字就可以播放出来，核心就是基于英特网，整个的数字孪生系统完全基于英特网，脱离所有的数字孪生的大软件，比如PB、PS不需要任何系统，并且在任何终端也不限制客户，可以实现远程的操作指导。这是数字孪生的另一种应用，需要把三维模型输入到你的手机里。

这是生产、监控、工位操作、设备状态、物流可视、终端监控等等，进来的数据怎么分析，如何分析，SCADA监控、OEE、SPC、JPH等等，这是设备监控，目的就是生产数据、即时采集、提高效率、准确追溯等等达到目的。

这个案例可以跟大家互动，怎么实现英特网的远程运维？这有一个三维模型，这个三维模型比如就是一个生产线，扫描以后手机上有一个远程搬去，远程搬回，它通过送给PLC，PLC反作用给它，我所有的生产线都是这样，到位、松开、拧紧、松开，我通过按下信号以后，送给PLC，PLC接收以后去动作，把动作的结果返程给模型，不回来就有问题，回来就正常了，这是数字孪生。

我们的数字孪生第一是基于英特网，第二是远程运维、远程服务。做之前该做的检查都做好了，打包成一个基于英特网的数字孪生模型。我们做的在动力总成领域比较多，现在转向智能制造系统， 

这是我们给学校做的实验室，这完全是英特网的方式，用手机展示以后，整个生产线都可以跑，这是实际的产品，模拟一个智能制造生产线，包括机加工、机器人搬运、桁架机器人、AGV、立体仓库等，麻雀虽小，五脏俱全，它包含了基于数字孪生所有的技术，包括生产设计智能化，生产制造过程智能化和远程运维智能化，这是整个的系统。

谢谢大家。

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